Магматизм

Магматизм, процессы вулканической деятельности и формирование глубинных магматических тел, играл важную роль в формировании земной коры, в истории развития Земли. Достаточно напомнить, что земная кора материков, включающая вверху осадочный слой, представлена ниже гранитным и базальтовым слоями, являющимися продуктами магматической деятельности. При рассмотрении фанерозойской истории, обращалось внимание на образование на поверхности крупных вулканических скоплений, протяженных вулканических поясов и крупных трапповых полей в Сибире, Индостане, Африке, других местах. Некоторые исследователи с наиболее грандиозными вулканическими извержениями связывали вымирания в органическом мире. Все это требует целенаправленного рассмотрение этих вопросов при анализе историко-геологического развития земной коры.

В процессах магматизма принято различать две основные формы его проявления – поверхностные излияния или выбросы обломочного материала, получившие название вулканизма, и глубинное образование магматических тел, за которым закрепилось название интрузивного процесса, плутонизма. Если вулканиты различаются по составу и форме поверхностных накоплений (вулканический конус, пояс, трапповое поле, плато и др.), то плутоны имеют обычно гранитный состав. В последнее время в эвгеосинклинальных системах принято обособлять т.н. офиолитовые швы, которые принято считать выжатым на поверхность мантийным материалом. Кроме этих основных магматических образований выделяют также разного рода некки, дайки, лакколиты и лополиты. Общее представление о таких телах дает приводимый рисунок __.

Рис. __Формы залегания магматических пород /Рудько, 2003, с. 64/

Одним из проявлений магматизма, сыгравшим большую роль в формировании земной коры, следует считать вулканизм. Под таким названием понимают процессы излияния на поверхность расплавленной массы литосферы (лавы), которые в ряде случаев сопровождаются выбросами ее затвердевшей части – вулканических пепла, туфов, крупных обломков или бомб. Его результатом бывает формирование отдельных поднятий (гор в форме конуса), вулканических гряд и даже поясов, а также плато. Процессы эти происходят как в наземных условиях, так и в подводных, в том числе на дне океанов. Это может быть относительно спокойное излияние лав, которое наблюдается в Исландии, некоторых районах и островах Атлантического и Тихого океанов. Или оно может сопровождаться взрывами, при которых на поверхность поступает обломочный материал. Иногда такие извержения носят катастрофический характер, примерами чего могут быть взрывы вулканов Тамбера в 1816 г., Кракатау в 1883 г. или Санторин в середине II тысячелетия до н.э., жертвами которых стали десятки тысяч людей.

Работа вулканов детально рассматривается в школьных программах, описана в многочисленной литературе, поэтому здесь трудно сообщить что-то новое. По характеру извержения выделяют насколько типов вулканов, в числе которых гавайский; излияние подвижной лавы происходит здесь почти без взрывов. Везувианский, или плинийский тип извержения наоборот – сопровождаются выбросами большого количества пеплового материала. Пелейский и вулканский типы извержений характеризуются выходом на поверхность вязкой лавы, что также может сопровождаться взрывами. Подчеркивается, что преобладающая часть современных вулканов приурочена к тихоокеанскому побережью Америки и Азии, а также к Средиземноморскому подвижному поясу. В ряде случаев не менее грандиозными могут быть извержения в осевых зонах океанов, в их срединно-океанских хребтах.

Схема историко-геологического деления вулканизма существенно отличается от этой. Выделяют три основных его типа. Один из них получил наименование геосинклинального и проявлен подводными излияниями преимущественно базальтовых, или основных по составу лав. Его современным аналогом может быть вулканизм в осевых зонах океанов или в пределах островных дуг вдоль восточного побережья Азии. Орогенный магматизм развивается на стадии, когда длительные прогибания сменяются воздыманиями, активным горообразованием и складкообразованием. Состав вулканических извержений резко меняется; он преимущественно кислый по составу, близкий к гранитным породам. Вулканизм этот сопровождается внедрением крупных глубинных гранитных тел – интрузий, плутонов. Платформенный вулканизм проявлен преимущественно наземными излияниями лав базальтового состава, которые образуют иногда грандиозные по площади и объему скопления.

Ранее уже отмечалась важная роль вулканических пород в составе осадков Мирового океана (7%) и фанерозойских разрезах материковых площадей (15,8%). Среди других особенностей вулканизма нужно назвать неравномерность проявления этого процесса по площади и во времени, в результате чего на отдельных участках формируются огромные скопления разных типов вулканитов. Их примерами могут быть грандиозные базальтовые (трапповые) плато на севере Сибири, в Индостане, на юге Африки и северо-востоке Южной Америки. Охотско-Чукотский вулканический пояс, являющийся составной частью Восточно-Азиатской их системы, протягивается на 3200 км при ширине его в 100-300 км. Причем, такие гигантские скопления образуются, по представлениям некоторых исследователей, всего за несколько миллионов лет.

Историко-геологические закономерности развития вулканизма аналогичны тем, что мы фиксировали в осадконакоплении. Однотипное его проявление может фиксироваться в определенных подвижных областях в течение многих десятков миллионов лет. Примерами таких случаев может быть геосинклинальный и орогенный вулканизм Средиземноморского и Урало-Монгольского поясов. Но он может быть и весьма кратковременным, как это мы можем устанавливать в конце раннего мела в пределах Охотско-Чукотского пояса или на примере платформенных излияний Сибири, Индостана, Южной Америки. Аналогичный тип вулканизма может скачкообразно перемещаться в другие регионы, фиксируя структурно-геологические перестройки. Или геологически мгновенно менять свой характер в развитии определенных подвижных областей, быть геосинклинальным, орогенным и платформенным (финальным). Для него характерна площадная зональность в определенные интервалы времени.

Следует остановиться еще на одной стороне вулканической деятельности, которую подчеркивал ее большой знаток Е.К. Мархинин (1973). Главное значение в формировании всей земной коры имели продукты вулканических извержений. Он это подтверждает соответствующими расчетами, по которым масштабы сформировавшихся за время жизни Земли вулканитов близки к массе земной коры. Основой всех живущих на Земле организмов служит углерод, а его источник на поверхности – вулканы. Они же поставляли и поставляют сюда воду. Она составляет около 75% от общего количества поступающих на поверхность газов или приблизительно 1% продуктов извержения. Углекислый газ составляет не менее 50% по весу от суммы «активных газов» (0,5% от общей массы этих продуктов). На этом основании он делает вывод, что именно вулканизм обусловил формирование жизни на Земле. И даже заявляет в одной из своих книг, что «Мы – дети вулканов». Если к этому добавить, что области длительного развития вулканизма были местами с устойчивым температурным режимом, то условий для ее зарождения было предостаточно.

Глубинный магматизм чаще всего называют интрузивным; менее распространенным или даже устаревшим названием для этого явления можно считать термин плутонизм. Само внедрение магмы в земную кору, а также затвердевшее под землей магматическое тело, называют интрузией. При интрузивном магматизме магма может не только рождаться на глубине, но и перемещаться там, а также застывать. Процесс этот невозможно наблюдать непосредственно, поэтому о закономерностях пространственно-временного его развития мы можем получить лишь в результате глубинного геологического картирования.

Ранее, при рассмотрении вулканизма, мы говорили о трех основных историко-геологических типах магматизма, которые принято называть геосинклинальным (проявляется при геосинклинальном процессе и аналогом его можно считать вулканизм океанов), орогенном, или горообразовательном, и платформенном. Наиболее разнообразным и выразительным глубинный магматизм бывает при формировании горно-складчатых сооружений; он же формирует наиболее значительные массы таких магматических тел. Его продуктами бывают застывшие на глубине крупные тела гранитов, получившие название плутонов. Или более мелкие, называемые штоками и дайками. Непосредственно наблюдать процесс внедрения гранитной магмы и ее остывание мы не можем, поэтому судим о нем по изучению вышедших на поверхность интрузивных тел в результате длительной денудации. А также по определению абсолютного возраста магматических пород, которые позволяют представить развитие этого процесса во времени.

В чем заключается важность изучения интрузивного магматизма для выявления истории формирования земной коры? Он, прежде всего, рождает ее гранитный слой, что является основой для образования материков. Это очень надежный индикатор тех тектонических режимов, которые принято называть орогенными, или горообразовательными. Возможность точно датировать интрузивные породы изотопными методами позволяет уверенно устанавливать время горообразовательных процессов, а также другие закономерности проявления его во времени. В случае схождения литосферных плит происходит не только «сгребание» накопившихся на дне океанов осадков и формирование горно-складчатых сооружений, но и интенсивные горизонтальные перемещения, которые и обусловливают плавление осадочных пород. Он может при более детальном и целенаправленном изучении объяснить сам механизм перемещения данных блоков литосферы. Застывшие крупные гранитные тела не только консолидируют сформировавшееся горно-складчатое сооружение, но и наращивают материковую земную кору. Наконец, магматизм рождает большое разнообразие магматических горных пород и полезных ископаемых.

Единых представлений о схеме развития магматизма на ранних этапах истории Земли нет. По мнению А.Е. /О.Э./ Михайлова (1990) можно предполагать, что вслед за аккрецией, или конденсацией частиц протопланетного газо-пылевого облака вокруг первичного ядра, произошла вспышка и выделение мощной тепловой энергии, расплавившей верхнюю часть мантии до глубины 600-700 км. Это произошло в интервале времени 4,6-3,8 млрд. лет назад. Х. Гесс образно назвал этот процесс великой катастрофой в истории Земли. Хотя, строго говоря, катастрофы в нынешнем ее понимании не было, так как еще не существовала жизнь.

Формирование «магматического океана» обусловило расслоенность в верхней части литосферы, обособление ультраосновной магмы (мантии перидотитового состава), базальтовой и андезитовой магм, послуживших основой базальтового слоя земной коры. В процессе охлаждения и дифференциации жидкого вещества на земной поверхности обособилась силикатная «накипь» (шлаки), из которых затем образовались гранодиориты и тоналиты, имеющие возраст 3,8-3,2 млрд. лет Породы эти позднее были превращены в так называемые серые гнейсы, которые слагают 70-80% выходов на поверхность гранитно-метаморфического цоколя всех континентов. И только в неогее, или в последние 1,65 млрд. лет, развивается магматизм платформенного, геосинклинального и орогенного типов.

Среди общих закономерностей развития магматизма необходимо отметить большое разнообразие и пространственно-временную сложность его проявления, неоднократно перемещающегося в различные подвижные системы земной коры. В их числе можно назвать многократное площадное перераспределение однотипных тектоно-магматических режимов, что сходно с седиментационно-палеографическими условиями и закономерностями. В областях длительного развития аналогичного магматизма фиксируется неравномерность проявления его во времени, что позволяет обособлять этапы в десятки миллионов лет, более кратковременные магматические эпохи и эпизодически фиксируемые активизации, получившие название тектоно-магматических фаз или рубежей.

Примером однотипного магматизма, развивающегося в течение герцинского орогенеза (325-250 млн. лет), может быть аналогичное и строго одновозрастное его проявление в герцинидах Европы, Кавказа, Урала и др. систем. Инверсия, резкая смена тектонического режима в формирующихся горно-складчатых сооружениях, фиксируется сменой типа магматизма; причем, обычно это происходит синхронно в разных тектонических системах. Примером такого случая может быть визейский тектоно-магматический рубеж, о котором шла речь при рассмотрении развития тектонических движений во времени (см. рис. __). Одновременно в разных тектонических системах Земли может наблюдаться формирование разных типов магматизма – платформенного, геосинклинального и орогенного.

Если для горно-складчатых областей развитие магматизма происходит по более или менее единой схеме, то вулкано-плутонические проявления на разных платформах могут существенно отличаться. На платформенном этапе развития этих структур магматизм для одной их группы не характерен. Это относится к Восточно-Европейской и Северо-Американской платформам. Здесь могут иметь место лишь вулканические проявления, развивающиеся при формировании материковых рифтов. Для другой группы платформ, в числе которых Сибирская, Индостанская, система Китайских платформ, в течение фанерозоя имело место грандиозное накопление траппов в Сибири или на плато Декан, а также процессы тектоно-магматической активизации в позднем мезозое, сопровождаемые формированием наложенных прогибов и впадин (юго-восточная часть Сибирской платформы, Китайские платфомы).

Процессы глубинного магматизма и метаморфизма, а также условия формирования гранитного слоя земли, называемого также гранитно-метаморфическим или гранито-гнейсовым, , еще не в полную меру изучены и поняты. При его рассмотрении следует обратить внимание на одну интересную деталь, которая редко упоминается. Химический состав гранитов и глин очень близок. Такое сходство позволят говорить, что образование гранитной магмы – это результат плавления песчано-глинистых пород, происходящий при перемещении литосферных плит. А не каких-то загадочных и пока не расшифрованных процессов химической дифференциации вещества литосферы. Поэтому, кроме движения литосферных плит по астеносфере, можно предполагать и более сложные смещения, которые называют иногда расслоением земной коры.

В связи с подобным химическим сходством состава глин и гранитов, имеет смысл обратить внимание на такой момент. Еще первые мобилисты, первоначально изучавшие дрейф материков, предполагали, что материковая земная кора движется по мантии. Такая трактовка мобилизма хорошо подтверждается отмеченным ранее сходством состава глин и гранитов. Начавшееся формироваться позднее учение о литосферных плитах, когда уже были известны глубокофокусные землетрясения, наличие волновода в верхних частях мантии, выход мантийного материала в зонах срединно-океаниских хребтов, начали предполагать их перемещение на глубине в первые сотни километров. Отрицать такое явление не следует. Но можно допустить аналогичное и может быть одновременное в каких-то зонах земной коры движение крупных масс осадочных толщ, в основании которых рождался ее гранитный слой. А еще выше в отдельных подвижных областях осадочного слоя земной коры смещались пластины и формировались шарьяжи; их аналоги в Украинских Карпатах называются скибами.